成庄矿4319 工作面过断层爆破技术研究

刘贵云

（晋能控股煤业集团成庄矿，山西 晋城 048000）

1 概况

晋能控股煤业集团成庄矿4319 综采工作面开采3#煤层，煤层平均厚度6.22 m，工作面直接顶和基本顶为7.12 m 厚砂质泥岩，顶板岩层层理发育，直接底和基本底为12.58 m 厚的砂质泥岩，属不稳定-中等稳定底板。工作面回采过程中揭露F159正断层，断层从工作面机尾向机头延伸，走向影响226 m，倾向影响整个工作面，对工作面的正常回采影响严重。43191 巷（机尾）回采至F159 断层巷道揭露位置前33 m，机尾支架出现留顶煤、割底矸现象。43193 巷（机头）回采至F159 断层巷道揭露位置前35 m，机头附近支架出现留顶煤、割底矸现象，割底矸最厚3.8 m。工作面在回采过程中由下盘向上盘过渡，在回采过程中采面会出现留顶煤、割底矸现象。为了保证4319 工作面快速、安全通过断层，根据现场情况，进行工作面爆破设计研究。

43191 巷断层剖面图如图1。

图1 43191 巷断层剖面图（m）

2 工作面爆破方案设计

2.1 炸药消耗量设计

单位体积岩石炸药消耗量与爆破岩石的岩性及断面大小等参数有关[1]，主要依据修正的普氏公式[2]计算炸药消耗量定额来确定最大使用量。根据回采推进过程中常规爆破炸药使用量为依据，工作面一次性起爆炮眼不超过60 个，每个炮眼装药1～3 卷，每卷药重0.3 kg。

由此可以计算每次起爆最大所需炸药量为：60×3×0.3=54 kg。

2.2 风量核算

按照晋能控股煤业集团企业标准《煤矿矿井风量计算方法》，工作面所需风量根据式（1）确定：

式中：Q采为爆破工作面需风量，m3/min；10为每千克三级煤矿许用炸药需风量，m3/min·kg；A为工作面一次爆破所用的最大炸药量，取54 kg。

则：Q采=10 m3/min·kg×54 kg=540 m3/min。

根据现场实际情况，4319 工作面实际配风量约为2800 m³/min，满足爆破风量要求。

2.3 炮眼数量设计

根据工作面现场割矸情况进行布置，主要布置于矸石较硬区域，均匀分布，最大一次性起爆炮眼不超过60 个。

2.4 装药设计

所有炮眼均采用正向装药，装药结构如图2。炮眼深度小于0.6 m 时不装药；炮眼深度为0.6～1 m时，封泥长度不得小于炮眼深度的一半；炮眼深度1～2.5 m 时，封泥长度不得小于0.5 m。

图2 正向装药示意图

2.5 炮眼布置设计

根据4319 综采工作面断层构造区矸石的不同分布情况，分别设计三种炮眼布置方案，一次起爆的炸药量不超过54 kg，起爆炮眼数不得超过60 个。具体规定参数见表1。

表1 爆破参数表

（1）炮眼布置方案一

工作面出现的硬矸厚度小于2.0 m 时，打一排眼进行震动，炮眼布置距硬矸底部（750±100）mm 左 右， 炮 眼 间 距（1750±50）mm， 眼 深1000～2400 mm，根据现场硬矸情况以及顶板煤帮支护情况适当调整炮眼距底板距离及炮眼间距。炮眼布置方案一如图3。

图3 炮眼布置方案一示意图（mm）

（2）炮眼布置方案二

工作面出现硬矸的厚度大于2.0 m 时，炮眼呈三花眼垂直工作面煤壁布置，眼间距为（875±50）mm，排距（750±50）mm，眼深1000～2400 mm，下排眼距底板为（500±100）mm，根据现场硬矸情况以及顶板煤帮支护情况适当调整炮眼距底板距离及炮眼间距。炮眼布置方案二如图4。

图4 炮眼布置方案二示意图（mm）

（3）炮眼布置方案三

工作面出现全断面硬矸时，炮眼呈五花眼垂直工作面煤壁分布，眼间距为（875±50）mm，排距（750±50）mm，眼深1000～2400 mm，下排眼距底板为（500±100）mm，根据现场硬矸情况以及顶板煤帮支护情况适当调整炮眼距底板距离及炮眼间距。炮眼布置方案三如图5。

图5 炮眼布置方案三示意图（mm）

2.6 工作面爆破工艺流程

工作面爆破工艺流程：安全检查→施工炮眼→设备防护→请示通风调度→转移保护安全监控→班长撤人警戒→装药→连线→装药人员撤出→起爆→炮烟消散→四员检查确认→班长撤岗→恢复安全监控→洒水降尘→出矸→支护→生产。

3 工作面爆破技术措施

（1）炮眼施工。施工炮眼前观察工作面顶板和煤帮情况，确保施工环境安全，并派专人观察。钻孔施工结束后要及时清除炮孔内部的煤粉和矸粉。

（2）装药和连线。装药时电雷管要从药卷顶部全部插入药卷内部，禁止斜插进药卷内。脚线连接时，裸线部分采用并排反向扭结方式，用电工胶带包裹裸线，在接点两侧绝缘段需包扎长于20 mm。

（3）起爆工作。起爆前需检测风流中甲烷浓度，当作业地点20 m 甲烷浓度低于0.8%方可放炮。爆破前需按规定使用水泡泥和炮泥封炮，严禁裸露爆破、放明炮、糊炮，严禁一次装药、分次起爆。爆破作业必须严格落实“一炮三检制”和“三人联锁放炮制”[3]。

（4）炮后检查。爆破后需等待至少15 min 才能进行其他作业。爆破后需仔细检查顶板、瓦斯、支架、通风、煤尘、拒爆和残爆等情况，安全无误后，班组长下令撤除警戒。

（5）残炮、瞎炮及拒爆处理。由于连线不良造成的拒爆，可重新连线起爆；出现拒爆炮眼时，在距拒爆炮眼0.3 m 位置平行施工炮眼，重新装药起爆[4]。处理拒爆的炮眼爆炸后，爆破工必须详细检查炸落的煤、矸，收集未爆的电雷管。

4 爆破效果

（1）针对断层构造区矸石的不同分布情况设计的三种炮眼布置方案，可形成充分的爆破自由面，均未出现补打炮孔或二次放炮情况，减少了爆破次数，降低工人劳动强度，矸石破碎彻底。

（2）爆破后部分炮孔封泥出现隆起现象，但并未出现冲孔和瞎炮情况。通过钻孔窥视仪对围岩裂隙进行窥视，相临炮孔之间裂隙完全贯通，裂隙宽度在2～5 mm。割煤机回采至炮孔区域时可发现围岩出现大量肉眼可见的宏观裂隙，采煤机截齿轻微截割可使矸石全部掉落。

（3）预计采用常规过断层构造区需耗时28 d，需消耗截齿300～340 把。实际消耗240 把，截齿消耗减少20%～30%，工作面提前10 d通过了断层区域，回采效率提高30%～40%，有效保障了工作面人员和设备的安全，效益显著。